Светопрозрачные конструкции ограждения используются для обеспечения инсоляции и естественной освещенности в помещениях, а также для обеспечения визуального контакта с внешней средой и защиты помещений от его негативного влияния. Кроме того, довольно часто с помощью открывания части светопрозрачных конструкций осуществляется вентиляция помещений.

К воздействию внешней среды относятся:

• температура;
• влажность воздуха;
• шум;
• естественная освещенность от небосвода;
• солнечная радиация;
• ветер;
• осадки;
• пыль;
• химические примеси, находящиеся в атмосфере.

Кроме внешней среды, на светопрозрачные ограждающие конструкции оказывает влияние и внутренняя среда, во-первых это влажность воздуха и температура.

Функциональная модель оконного блока с показом функциональных областей, приведенная на рис. 1.

Область 1 защищает конструкцию окна от попадания осадков, ветра, пыли и химических примесей и одновременно обеспечивает контролируемый отвод наружу влаги, которая тем или иным путем попала в середину конструкции, в направлении наружу.

Ограждения от дождя и ветра могут быть совмещенными. В этом случае образуется одноступенчатая система защиты от непогоды (рис. 2, а). Ограждения должно быть вынесено подальше снаружи. Однако в местах швов лучше применять двухступенчатую систему защиты, когда функции защиты от дождя и ветра выполняют различные ограждения (рис. 2, б).

Область 2 (см. рис 1) - это основная функциональная область. В первую очередь именно в ней должны быть обеспечены основные эксплуатационные качества светопрозрачной конструкции. Для обеспечения этих функций эта область должна оставаться сухой, чистой и изолированной от микроклимата помещения. Все строительные организации, которые занимаются монтажём ограждающих конструкций выполняют эти условия в современных окнах применением стеклопакетов.

Область 3 соответствует некоторой условной поверхности, разграничевающей микроклимата внутреннего помещения и климата снаружи. Данная область должна обязательно находитсяна в температурной зоне, которая превышает температуру "точки росы" внутри помещения.

Требования к тепловому комфорту определяются функциональными потребностями человека. Во всем мире они почти одинаковы, отличаясь лишь в деталях, учитывающих климатические особенности регионов или привычки людей. Основным критерием теплового комфорта является температура воздуха в помещении. Согласно ее значения различают оптимальные и допустимые условия в помещении. Для помещений жилых и общественных зданий эти условия представлены в табл. 1.

Оконные блоки, имеющие сопротивление теплопередачи не меньше нормативного, обеспечивают температурные условия, при которых образование конденсата невозможно, поскольку температура внутренней поверхности остекления обычно всегда выше температуры точки росы. Правда, следует отметить, что при возникновении допустимых температурных условий в помещении, значение указанных температур практически совпадают и появляется вероятность выпадения конденсата на поверхности остекления.

1. функции защиты от неблагоприятных атмосферных  воздействий;
2. эксплуатационные функции;
3. функция границы между внешней средой и помещением.

Табл. 1. Нормы теплового комфорт в жилых и общественных зданиях

а- функции защиты совмещенные                                      б- функции защиты  разделены

Рис. 2. Совмещение и разделение функций защиты от неблагоприятных атмосферных воздействий

При конденсации влаги не только снижаются теплоизоляция и прозрачность окна, но также может произойти повреждение самой конструкции.

Для выполнения светопрозрачной конструкцией своих функций необходимо ее проектировать с учетом физических процессов, происходящих в ограждении.

Пропускания светопрозрачной конструкции рассеянного и прямого света Солнца зависит, прежде всего, от прозрачности стекла.

Передача тепла светопрозрачного ограждения зависит как от теплоизоляционной способности самой конструкции, так и от правильности и качества выполнения швов соединения конструкций между собой или с несущей конструкцией.

Теплопередача всегда происходит от более нагретой поверхности к менее нагретой (рис. 3).

Рис.3. Перенос тепла в ограждающие конструкции

Размер теплового потока зависит от теплотехнических свойств материала, через который он проходит. Для твердых материалов важнейшим теплотехническим показателем является коэффициент теплопроводности X, показывающий, какое количество тепла проходит за 1 час  сквозь слой материала толщиной в 1 м при разности температур между наружной и внутренней поверхностями в 1 °С.

Коэффициент теплопроводности зависит от плотности материала: чем плотнее материал, тем больший коэффициент теплопроводности он имеет и, соответственно, тем хуже он сопротивляется передачи тепла.

Специальные теплоизоляционные материалы имеют очень малые коэффициенты теплопроводности. Например, у минеральной ваты, в зависимости от плотности, А = 0,052…0,09 Вт / (м ° С). Это связано с тем, что вата, как и другие теплоизоляционные материалы, имеет поры, заполненные воздухом, у которого X = 0,023 Вт / (м ° С).

Вода имеет большой коэффициент теплопроводности: X = 0,58 Вт / (м ° С), т.е. в 25 раз больше, чем у воздуха. Еще больший коэффициент теплопроводности во льду: X = 2,3 Вт / (м ° С), т.е. в 100 раз больше, чем у воздуха. Именно поэтому нельзя допускать образования конденсата в материале шва, что неизбежно приведет к резкому ухудшению его теплоизоляционных свойств, особенно в зимнее время.

Передача влаги. Влага, конечно, может попадать в ограждающей конструкции двумя путями: летом - снаружи, во время дождя и тумана, зимой - с середины помещения, в результате диффузии водяного пара и его конденсации.

Дождевая вода не должна проникать внутрь помещения и бесконтрольно внутрь конструкции. Это достигается применением различных гидробарьеров.

Проникновения влаги изнутри помещения имеет более сложный характер и связано с понятиями: давление водяного пара, ее диффузия и конденсация. Рассмотрим их.

Воздух всегда содержит в себе определенное количество влаги в виде водяного пара. Молекулы этой влаги находятся в постоянном движении и, ударяясь о предметы, создают на них давление, называется парциальным давлением водяного пара. Оно обозначается е и измеряется в Па. Чем больше влажность воздуха, тем больше парциальное давление. Воздух можно сравнить с губкой, впитывающий воду. Он не может удержать в себе водяного пара больше определенной величины, зависящей от температуры и атмосферного давления. Если воздух насыщен влагой максимально, то он имеет максимальный парциальное давление водяного пара Д Па. В этом случае говорят, что относительная влажность воздуха f = 100%. Зависимость максимального парциального давления водяного пара от температуры при нормальном атмосферном давлении воздуха показано на рис. 4.

Рис. 4. График зависимости максимального парциального давления водяного пара в воздухе при нормальном атмосферном давлении

Как видно из графика, максимальное парциальное давление водяного пара, а значит, и количество влаги, что может всасывать в себя воздух, резко уменьшается с понижением температуры. Зимой, когда температура воздуха в помещении гораздо выше, чем на улице, внутри помещения парциальное давление водяного пара будет значительно выше, чем снаружи. Поэтому водяной пар будет стремиться пройти через ограждения со стороны помещения наружу. При этом ее температура будет уменьшаться, как при приближении к внутренней поверхности ограждения, так и при прохождении через него (рис. 3).

Если температура воздуха еще в помещении станет меньше значения, при котором количество влаги, содержащейся в нем, станет больше, чем оно может содержать, то эта "лишняя" влага начнет конденсироваться в виде капель на поверхности ограждения. Температура, при которой влажность воздуха при охлаждении достигает 100%, называется точкой росы (т_р). На рис. 4 показано определение точки росы для воздуха при температуре  = 20 ° С имеет относительную влажность = 50%.

Но, даже при сухой внутренней поверхности, зимой в ограждении могут создаться условия, когда в определенной его области (обычно той, что расположена ближе к наружной поверхности) влага начнет конденсироваться (рис. 5).

Рис. 5. Образование конденсата в толще ограждающей конструкции

Этого можно избежать при правильном подборе материалов ограждающей конструкции, в том числе, и в местах соединений окна со стеной. При этом следует учитывать, что чем плотнее материал, тем меньше он паропроницаемый. Поэтому возле внутренней поверхности должны располагаться плотные, паронепроницаемые и герметичные материалы, а ближе к наружной поверхности наоборот - теплоизолирующие, более паропроницаемые материалы, позволяющие вентилировать монтажный шов.

Передача воздуха. Известно, что холодный воздух плотнее, чем теплое. Поэтому зимой происходит фильтрация холодного наружного воздуха сквозь ограждения в помещения домов. На фильтрацию воздуха также сильно влияет ветер, что может значительно интенсифицировать этот процесс. Разница давления воздуха ∆_р, Па, на наружной и внутренней поверхностях стены от воздействия ветра зависит от аэродинамической характеристики дома, скорости ветра и температуры наружного воздуха. Для городской застройки характерно уменьшение ветрового давления у поверхности земли и значительное повышение его возле верхних этажей (рис.6). Фильтрация воздуха может существенно изменить теплозащитные качества ограждения. Для защиты стыков от продувания необходимо обеспечивать максимально возможную плотность швов.

Рис. 6. Характер изменения ветрового давления с высотой

Передача шума. Звуковое давление возникающее от уличного шума, является одним из факторов, который необходимо учитывать при проектировании светопрозрачных ограждений в конструировании мест их присоединения к несущей конструкции.

Известно, что звукоизоляция обеспечивается в основном массивностью конструкции. При одном и том же уровне звукового давления повышение массивности конструкции снижает ее вибрацию и уменьшает силу звука, которою она излучает. Но значительно увеличивать массивность светопрозрачной конструкции за счет толщины стекол нерационально, поэтому для повышения звукоизоляции используются другие меры. В стыке конструкции со стеной также невозможно увеличивать массивность, поскольку он должен иметь достаточную теплоизоляцию, т.е. в его состав должны входить пористые легкие материалы. Поэтому при проектировании звукоизоляции стыков выходят из другого принципа - многослойности конструкции.

В многослойной конструкции присутствуют твердые слои с высокой массой и мягкие слои с высоким звукопоглощения. При этом на границе слоев происходит отражение звуковой энергии в обратную сторону, а само наличие звукопоглощающего материала приводит к общему повышению звукоизолирующих способностей конструкции. В роли звукопоглощающего материала выступает тот же материал, который применяется для теплоизоляции стыков.

Главным правилом при выполнении монтажных работ является то, что все швы в готовом виде должны быть повсеместно уплотнены. Даже самая маленькая щель или неплотность значительно снижает звукоизоляцию, так как места дефектов превращаются в источники шума в помещении).

Конструкции светопрозрачных ограждений находятся под действием нагрузок, приводящих к возникновению в конструкциях напряжений и, соответственно, деформаций. К нагрузкам, что зачастую становятся причиной разрушения светопрозрачных ограждений, относятся, прежде всего, ветровые и снеговые нагрузки, а также нагрузки, возникающие во время изготовления и монтажа конструкций. Кроме того, следует учитывать косвенные нагрузки, возникающие в герметичных стеклопакетах в условиях перепада давления, температуры и влажности воздуха. Деформации, возникающие в светопрозрачных ограждениях, не должны привести к их разрушению. Для этого на этапе проектирования следует проводить прочностные расчеты светопрозрачных ограждающих конструкций.